鄂西北鄉鎮污水處理設計探討

汪 洋

（上實環境控股（武漢）有限公司 湖北武漢 430074）

引言

隨著我國經濟的不斷發展，生態文明建設快速推進，農村環境問題受到越來越多的關注，鄉鎮污水治理成為環保工作的重中之重。由于鄉鎮基礎設施建設落后。大多數鄉鎮排水系統為雨污合流制，在未推行雨污分流之前建設的污水處理廠建成后都存在進水水質、水量波動大，處理效果不穩定的問題。同時，鄉鎮污水處理沒有專門的規范和標準，工程設計參照城市污水的特點而進行設計是不合理且不經濟的。本文以鄂西北某縣為例，對鄉鎮污水治理工程的設計工作進行分析探討。

1 鄉鎮生活污水的現狀與特點

本項目所在地為鄂西北山區向漢江中游過渡的山區縣，包括18 個鄉鎮，其中16 個鄉鎮常駐居民人口規模小于1 萬人。鄉鎮生活污水主要來源于居民生活過程中的炊事、洗衣、洗浴、沖廁、清掃以及家庭圈養畜禽等產生的污水，不包括為發展鄉鎮經濟而開展的工業活動（如農產品加工、畜禽集中養殖等）產生的污水。經總結，鄉鎮污水主要有以下幾個特點。

（1）水量小、波動大、有地域差異。鄉鎮居民自來水覆蓋率低，水沖式廁所普及率較低，導致生活污水量很少、濃度低；污水排放集中在早（6:00～8:00）、中（10:00～13:00）、晚（18:00～21:00）[1]，這三個時段炊事、洗衣、洗浴等活動集中，瞬時污水排放量大，其余時段污水排放量很少。山區鄉鎮常住人口明顯低于平原鄉鎮人口，再加上山區老齡化比較嚴重，人口增加速度緩慢，所以用水量低于平原用水量。

（2）水質波動大。本項目鄉鎮現狀多采用雨污合流的排水體制。鄉鎮居民大部分使用旱廁，糞污通過化糞池厭氧發酵后肥田，此部分污水很難收集，主要收集的污水為做飯、洗衣等污水，導致收集的污水量小、濃度低；降雨期間，山谷坡地的大量雨水匯流進入集鎮的排水管渠，使得污染物濃度很低。

（3）污水收集難。山區鄉鎮經濟薄弱，基礎設施建設落后，集鎮在建設時缺少科學規劃，且地形復雜，地理位置不集中，污水排放分散，很難達到集中處理的效果[2]，一般只在居民密集的核心區域建有排水管道，管網覆蓋面小，相對分散的區域沒有收集管道，導致鄉鎮污水收集困難。

2 設計進出水水質

鄉鎮污水處理對象主要為生活污水，零星生產廢水經預處理達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中三級標準后方可排入污水收集系統，且不得超過鄉鎮生活污水量的20%，含有重金屬、有毒有害成分及難降解有機物的工業廢水限制排入。

2.1 設計進水水質

2.1.1 理論進水水質

以《湖北省鄉鎮生活污水治理工作指南》（以下簡稱“《工作指南》”）中鄉鎮生活污水水質參數作為理論參考，具體進水水質指標如下：

CODCr：120～260mg/L；BOD5：60～130mg/L；SS：150～200mg/L；NH3-N：15～30mg/L；TP：2.0～5.0mg/L；pH：6.5～8.0。

2.1.2 實測污水水質

水質檢測：3 月12 日～4 月5 日對區域覆蓋的鄉鎮進行兩次取樣，共選取12 個排污口，每個排污口早中晚采樣混合的方式進行水樣的實測，典型排污口具體水質指標如表1：

表1 生活污水實測水質

2.1.3 設計進水水質

本項目設計進水水質以《工作指南》為理論依據，參考周邊污水處理廠實際進水水質，并結合現狀實測水質綜合分析。山區和平原區域，檢測水質有差異，因此，對這兩類不同區域設置不同的進水水質，并考慮鄉鎮經濟發展和家庭作坊廢水的流入，具體設計進水水質指標如下：

（1）平原鄉鎮

CODCr：250mg/L；BOD5：130mg/L；SS：200mg/L；TN：40mg/L；NH3-N：30mg/L；TP：4.0mg/L；pH：6～9。

（2）山區鄉鎮

CODCr：200mg/L；BOD5：130mg/L；SS：200mg/L；TN：30mg/L；NH3-N：25mg/L；TP：3.5mg/L；pH：6～9。

2.2 設計出水水質

為切實改善城鄉生態環境，嚴格工作標準，按照《省人民政府關于全面推進鄉鎮生活污水治理工作的意見》，全省鄉鎮生活污水處理廠出水執行 《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A 標準。具體出水水質指標如下：

CODCr：50mg/L；BOD5：10mg/L；SS：10mg/L；TN：15mg/L；NH3-N：5(8)mg/L；TP：2.0～5.0mg/L；pH：6～9。

備注：括號外數值為水溫＞12℃時的控制指標，括號內數值為水溫≤12℃時的控制指標。

3 污水量的測算

3.1 人口確認

主要方法：人口算法+實際調查相結合的形式測算。

人口統計：（1）人口普查數據為依據，測算以常駐人口為基準；（2）通過各地城建部門明確數量；（3）調查各鄉鎮自來水用水量；（4）最后抽取人口現場調研復核的方式得出。

由于山區鄉鎮人口外流嚴重，常住人口數量較戶籍人口數量有較大差異。設計近期規模按常住人口計算，設計遠期總規模根據各鄉鎮總體規劃確定人口規模，部分缺少總體規劃的鄉鎮或居民集中點按現狀人口確定規模，不考慮人口增長。

3.2 用水定額

通過參考用水定額、綜合用水定額以及取樣口流量調研綜合分析，得出不同地區用水定額參數，如表2：

表2 鄉鎮居民生活用水定額參考取值

通過調研，平原中心鎮（常住人口＞1 萬人）和集中點（常住人口＜1 萬人）用水量有差別。平原中心鎮用水量大部分集中在100～120L/（人·d），平原居民集中點用水量大部分集中在90～110L/（人·d）。

通過參考用水定額、綜合用水定額以及取樣口流量調研綜合分析，得出不同地區用水定額參數，如表3：

表3 鄉鎮污水量用水定額一覽表

3.3 折污系數

根據《城市排水工程規劃規范》（GB50318—2000），城市綜合生活污水排放系數為0.80～0.90，結合項目所在地區的現狀條件、各類建筑內部排水設施水平，本次污水排放系數取0.8。

3.4 工業/養殖廢水

在本項目中，工業/養殖廢水量超過鄉鎮生活水量的20%，先按20%預留水量，水質按生活污水水質設計，并且預留后期增加工業/養殖廢水處理的占地面積。對于未超過20%的，按實際排放量計入。

3.5 管網收集率

本項目同步建設鄉鎮污水收集系統（含入戶管），采用雨污分流排水體制，污水管網收集率取90%。

3.6 污水量

本項目近期污水量根據常住人口、用水量定額等進行測算；遠期污水量根據規劃文件以及鄉鎮今年發展現狀綜合考慮后測算。近期污水量計算公式如下：鄉鎮污水處理規模（m3/d）=（常住人口（人）×生活用水定額（L/（人·d））×折污系數（%）×[1+生產廢水量所占比例（%）]×污水收集率（%）/1000

本項目典型鄉鎮污水量及污水站處理規模如表4：

表4 典型鄉鎮污水處理規模測算一覽表

4 污水處理工藝選擇

污水處理廠的建設和運行受多種因素的制約和影響，其中工藝方案的確定是處理廠的運行性能、污水運行和建設費用的最關鍵的因素。工藝的選擇應根據處理規模、水質特性以及當地的實際情況和要求，選擇切實可行且經濟合理的工藝方案。同時，選擇工藝時考慮鄉鎮自身的特點，在技術合理的前提下，應做到經濟節能，管理簡單[3]。根據進水水質、出水水質要求及規模，本工程生物處理宜采用以生物脫氮除磷處理為主的生活污水處理工藝。較為常見的污水處理工藝如下。

4.1 A2/O工藝

A2/O 工藝技術成熟、出水穩定、應用廣泛[4]，運行過程中，污水流經厭氧/缺氧/好氧三個不同的功能分區，在不同微生物菌群的作用下，去除污水中的有機物、氮和磷。A2/O 工藝相對成熟可靠，適用于各種水量污水處理，應用較為廣泛。A2/O 工藝在系統上是最簡單的同步除磷脫氮工藝，總水力停留時間小于其它同類工藝，在厭氧（缺氧）、好氧交替運行的條件下可抑制絲狀菌繁殖，克服污泥膨脹，SVI 值一般小于100，有利于處理后污水與污泥的分離，運行中在厭氧和缺氧段內只需輕緩攪拌，運行費用低。由于厭氧、缺氧和好氧三個區嚴格分開，有利于不同微生物菌群的繁殖生長，因此除磷脫氮效果非常好。

4.2 序批式活性污泥法（SBR）

SBR 工藝運行過程中，污水的曝氣、沉淀、排水均在同一個池內完成，各階段的運行時間、反應器內混合液體積的變化以及運行狀態等都可以根據具體污水的性質、出水水質、出水質量與運行功能要求等靈活變化。SBR 類活性污泥法工藝操作靈活，可采用多種運行方式，但是單池處理能力較小，在較大規模的城市污水廠中采用，分組數多，控制點多，給操作管理帶來了不便。為減少平面占地，該工藝也可在較大水深下運行（取決于撇水設備的能力），但水深加大，浪費的水頭較大，運行能耗較高，同時對運行過程的自控技術要求較高。

4.3 氧化溝工藝

氧化溝工藝從流程上看，類似A2/O，但由于環型構造，循環量遠遠大于進水流量，其中硝酸鹽（NO3-）的回流量很高，因此一般不設內回流。氧化溝工藝由于要設計為環流形式，水量過小時，構造上難以實現，一般水量大于5000m3/d 時，才考慮氧化溝工藝。氧化溝工藝池容大，有機負荷低，抗沖擊負荷強；具有環流無終端的流線，兼具推流和完全混合的流態；采用表面曝氣器，在曝氣器之間交替形成好氧—缺氧環境，類似多級串聯的脫氮系統，污泥泥齡較長，脫氮效果好。由于池體水深較淺（一般3.0～4.0m），占地大。

4.4 膜生物反應器（MBR）

MBR 使用微濾膜分離技術取代傳統活性污泥法的沉淀池和常規過濾單元，使水力停留時間和泥齡完全分離，MBR 能高效的進行固液分離，出水水質良好、穩定；生物反應器內污泥濃度高，容積負荷高，占地少；系統在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產量低，污泥處理費用低；不受污泥老化和污泥膨脹等影響，微濾膜固液分離性能穩定，出水SS 低，不需設置二沉池；易于實現自動控制，操作管理方便。MBR 投資及運行費用較其他工藝高，除對出水水質有特殊要求時，一般應用較少。

4.5 生物轉盤工藝

生物轉盤工藝是一種生物膜法處理技術[5]，利用細菌、菌類微生物和原生動物在生物轉盤的載體上形成生物膜，對污水進行凈化。生物轉盤屬于生物膜法，污泥齡長產泥量少，半浸沒轉盤出水SS 較低，且不需要污泥回流，沉淀單元污泥負荷低；轉盤比表面積大，污水接觸時間比生物濾池和接觸氧化池的時間長，污水處理效率較高，且不易造成濾料的堵塞；改良的全浸沒+半浸沒串聯式生物轉盤，TN 去除率可達70～80%，多級半浸沒串聯可以提高整體負荷，保證末端出水穩定。生物轉盤適用于各種水量，運行費用低，占地面積大，從長期效益來看具有優勢。

4.6 生物接觸氧化工藝

生物接觸氧化工藝兼有活性污泥法及生物膜法的特點，具有較高的容積負荷，不需要污泥回流，無污泥膨脹問題，運行管理較簡單，對水量水質的波動有較強的適應能力。近年來，為提高村鎮級生活污水脫氮除磷效果，衍生出多級生物接觸氧化工藝。多級處理設置，通過反復缺氧、好氧環境，強化了工藝整體的脫氮除磷效果；生物填料泥膜共生的環境，強化了系統的抗沖擊負荷；生物膜內部的缺氧池和厭氧層的大量反硝化菌，反硝化脫氮能力強。多級生物接觸氧化工藝為模塊式一體化設備，僅適用于小水量污水處理。由于氧化溝工藝不適合本工程規模范圍，不予考慮，其他幾種工藝優缺點對比如表5。

表5 污水處理工藝對比表

綜合以上工藝對比分析，本項目近期規模從50m3/d 到3000m3/d，在工藝選擇時根據污水水量、水質、用地面積、工程規模、建設成本、運行管理成本等多因素綜合考慮，最終確定處理規模不大于1000m3/d 的污水處理廠采用多級生物接觸氧化工藝（模塊式一體化設備）；處理規模大于1000m3/d 的污水處理廠采用生物轉盤工藝。

結語

鄉鎮供水、排水設施建設缺少規劃，現狀排水設施竣工圖紙等基礎資料缺失，前期調研階段需對常住人口、用水量、排水設施現狀等進行詳細統計、核實；通過對山區、平原、丘陵等不同區域的集鎮分別進行水質采樣分析，使進水水質的設定更符合實際情況。該縣大部分鄉鎮位于山區，基礎開挖難度大，在污水處理廠流程布置時，需盡量利用現狀地形，減少開挖、鑿石等基礎工程量；在用地面積緊張的情況下，廠區平面布置盡量將池體合建、共用池壁，避免分散布置時無法滿足總圖的各種距離要求。